C++ - Урок 011. Исключения

C++, throw, catch, exception

Что такое исключение? Это ситуация, которая не предусмотрена стандартным поведением программы. Например, попытка доступа к элементу в классе Vector (который мы разбирали в статье про классы ), который не существует. То есть происходит выход за пределы вектора. В данном случае можно воспользоваться исключениями, чтобы прервать выполнение программы. Это необходимо потому, что

• Как правило в таких случаях, автор класса Vector не знает, как пользователь захочет использовать его класс, а также не знает в какой программе этот класс будет использоваться.
• Пользователь класса Vector не может всегда контролировать правильность работы этого класса, поэтому ему нужно сообщить о том, что что-то пошло не так.

Для разрешения таких ситуация в C++ можно использовать технику исключений.

Рассмотрим, как написать вызов исключения в случае попытки доступа к элементу по индексу, который не существует в классе Vector.

double& Vector::operator[](int i)
{
    if (i<0 || size()<=i) throw out_of_range{"Vector::operator[]"};
    return elem[i];
}

Здесь применяется исключение out_of_range. Данное исключение определено в заголовочном файле .

Оператор throw передаёт контроль обработчику для исключений типа out_of_range в некоторой функции, которая прямо или косвенно вызывает Vector::operator . Для того, чтобы обработать исключения необходимо воспользоваться блоком операторов try catch.

void f(Vector& v)
{
    // ...
    try { // блок обработки функции с исключением
        v[v.size()] = 7; // попытка доступа к элементу за пределами вектора
    }
    catch (out_of_range) { // ловим ошибку out_of_range 
        // ... обработки ошибки out_of_range ...
    }
    // ...
}

Инварианты

Также блоки try catch позволяют производить обработку нескольких различных исключений, что вносит инвариантность в работу механизма исключений C++.

Например, класс вектор при создании может получить неправильный размер вектора или не найти свободную память для элементов, которые он будет содержать.

Vector::Vector(int s)
{
    if (s < 0) throw length_error{};
    elem = new double[s];
    sz = s;
}

Данный конструктор может выбросить исключение в двух случаях:

• Если в качестве аргумента size будет передано отрицательное значение
• Если оператор new не сможет выделить память

length_error - это стандартный оператор исключений, поскольку библиотека std часто использует данные исключения при своей работе.

Обработка исключений будет выглядеть следующим образом:

void test()
{
    try {
        Vector v(−27);
    }
    catch (std::length_error) {
        // обработка отрицательного размера вектора
    }
    catch (std::bad_alloc) {
        // обработка ошибки выделения памяти
    }
}

Также можно выделить свои собственные исключения.

Виды исключений

Все исключения стандартной библиотеки наследуются от std::exception.

На данный момент существуют следующие виды исключений:

• logic_error
• invalid_argument
• domain_error
• length_error
• out_of_range
• future_error (C++11)
• runtime_error
• range_error
• overflow_error
• underflow_error
• system_error (C++11)
• ios_base::failure (начиная с C++11)
• bad_typeid
• bad_cast
• bad_weak_ptr (C++11)
• bad_function_call (C++11)
• bad_alloc
• bad_array_new_length (C++11)
• bad_exception
• ios_base::failure (до C++11)

std::logic_error

Исключение определено в заголовочном файле

Определяет тип объекта, который будет брошен как исключение. Он сообщает об ошибках, которые являются следствием неправильной логики в рамках программы, такие как нарушение логической предпосылки или класс инвариантов, которые возможно предотвратить.

Этот класс используется как основа для ошибок, которые могут быть определены только во время выполнения программы.

std::invalid_argument

Исключение определено в заголовочном файле

Наследован от std::logic_error. Определяет исключение, которое должно быть брошено в случае неправильного аргумента.

Например, на MSDN приведён пример, когда в объект класса bitset из стандартной библиотеки

// invalid_arg.cpp  
// compile with: /EHsc /GR  
#include <bitset>  
#include <iostream>  
 
using namespace std;  
 
int main( )  
{  
   try   
   {  
      bitset< 32 > bitset( string( "11001010101100001b100101010110000") );  
   }  
   catch ( exception &e )   
   {  
      cerr << "Caught " << e.what( ) << endl;  
      cerr << "Type " << typeid( e ).name( ) << endl;  
   };  
}  
\* Output:   
Caught invalid bitset<N> char  
Type class std::invalid_argument  
*\ 

В данном примере передаётся неправильная строка, внутри которой имеется символ 'b', который будет ошибочным.

std::domain_error

Исключение определено в заголовочном файле

Наследован от std::logic_error. Определяет исключение, которое должно быть брошено в случае если математическая функция не определена для того аргумента, который ей передаётся, например:

std::sqrt(-1)

std::length_error

Исключение определено в заголовочном файле

Наследован от std::logic_error. Определяет исключение, которое должно быть броше в том случае, когда осуществляется попытка реализации превышения допустим пределов для объекта. Как это было показано для размера вектора в начале статьи.

std::out_of_range

Исключение определено в заголовочном файле

Наследован от std::logic_error. Определяет исключение, которое должно быть брошено в том случае, когда происходит выход за пределы допустимого диапазона значений объекта. Как это было показано для диапазона значений ветора в начале статьи.

std::future_error

Исключение определено в заголовочном файле

Наследован от std::logic_error. Данное исключение может быть выброшено в том случае, если не удалось выполнить функцию, которая работает в асинхронном режиме и зависит от библиотеки потоков. Это исключение несет код ошибки совместимый с std::error_code .

std::runtime_error

Исключение определено в заголовочном файле

Является базовым исключением для исключений, которые не могут быть легко предсказаны и должны быть брошены во время выполнения программы.

std::range_error

Исключение определено в заголовочном файле

Исключение используется при ошибках при вычислении значений с плавающей запятой, когда компьютер не может обработать значение, поскольку оно является либо слишком большим, либо слишком маленьким. Если значение является значение интегрального типа, то должны использоваться исключения underflow_error или overflow_error .

std::overflow_error

Исключение определено в заголовочном файле

Исключение используется при ошибках при вычислении значений с плавающей запятой интегрального типа, когда число имеет слишком большое положительное значение, положительную бесконечность, при которой происходит потеря точности, т.е. результат настолько большой, что не может быть представлен числом в формате IEEE754.

std::underflow_error

Исключение определено в заголовочном файле

Исключение используется при ошибках при вычислении значений с плавающей запятой интегрального типа, при которой происходит потеря точности, т.е. результат настолько мал, что не может быть представлен числом в формате IEEE754.

std::system_error

Исключение определено в заголовочном файле

std::system_error - это тип исключения, которое вызывается различными функциями стандартной библиотеки (как правило, функции, которые взаимодействуют с операционной системой, например, конструктор std::thread ), при этом исключение имеет соответствующий std::error_code .

std::ios_base::failure

Исключение определено в заголовочном файле

Отвечает за исключения, которые выбрасываются при ошибках функций ввода вывода.

std::bad_typeid

Исключение определено в заголовочном файле

Исключение этого типа возникает, когда оператор typeid применяется к нулевому указателю полиморфного типа.

#include <iostream>
#include <typeinfo>
 
struct S { // Тип должен быть полиморфным
    virtual void f();
}; 
 
int main()
{
    S* p = nullptr;
    try {
        std::cout << typeid(*p).name() << '\n';
    } catch(const std::bad_typeid& e) {
        std::cout << e.what() << '\n';
    }
}

std::bad_cast

Исключение определено в заголовочном файле

Данное исключение возникает в том случае, когда производится попытка каста объекта в тот тип объекта, который не входит с ним отношения наследования.

#include <iostream>
#include <typeinfo>
 
struct Foo { virtual ~Foo() {} };
struct Bar { virtual ~Bar() {} };
 
int main()
{
    Bar b;
    try {
        Foo& f = dynamic_cast<Foo&>(b);
    } catch(const std::bad_cast& e)
    {
        std::cout << e.what() << '\n';
    }
}

std::bad_weak_ptr

Исключение определено в заголовочном файле

std::bad_weak_ptr – тип объекта, генерируемый в качестве исключения конструкторами std::shared_ptr , которые принимают std::weak_ptr в качестве аргумента, когда std::weak_ptr ссылается на уже удаленный объект.

#include <memory>
#include <iostream>
int main()
{
    std::shared_ptr<int> p1(new int(42));
    std::weak_ptr<int> wp(p1);
    p1.reset();
    try {
        std::shared_ptr<int> p2(wp);
    } catch(const std::bad_weak_ptr& e) {
        std::cout << e.what() << '\n';
    }
}

std::bad_function_call

Исключение определено в заголовочном файле

Данное исключение генерируется в том случае, если был вызван метод std::function::operator() объекта std::function , который не получил объекта функции, то есть ему был передан в качестве инициализатора nullptr, например, а объект функции так и не был передан.

#include <iostream>
#include <functional>
 
int main()
{
    std::function<int()> f = nullptr;
    try {
        f();
    } catch(const std::bad_function_call& e) {
        std::cout << e.what() << '\n';
    }
}

std::bad_alloc

Исключение определено в заголовочном файле

Вызывается в том случае, когда не удаётся выделить память.

std::bad_array_new_length

Исключение определено в заголовочном файле

Исключение вызывается в следующих случаях:

1. Массив имеет отрицательный размер
2. Общий размер нового массива превысил максимальное значение, определяемое реализацией
3. Количество элементов инициализации превышает предлагаемое количество инициализирующих элементов

#include <iostream>
#include <new>
#include <climits>
 
int main()
{
    int negative = -1;
    int small = 1;
    int large = INT_MAX;
    try {
        new int[negative];           // negative size
        new int[small]{1,2,3};       // too many initializers
        new int[large][1000000];     // too large
    } catch(const std::bad_array_new_length &e) {
        std::cout << e.what() << '\n';
    }
}

std::bad_exception

Исключение определено в заголовочном файле

std::bad_exception - это тип исключения в C++, которое выполняется в следующих ситуациях:

1. Если нарушается динамическая спецификация исключений
2. Если std::exception_ptr хранит копию пойманного исключения, и если конструктор копирования объекта исключения поймал current_exception, тогда генерируется исключение захваченных исключений.

#include <iostream>
#include <exception>
#include <stdexcept>
 
void my_unexp() { throw; }
 
void test() throw(std::bad_exception)
{
    throw std::runtime_error("test");
}
 
int main()
{
    std::set_unexpected(my_unexp);
    try {
         test();
    } catch(const std::bad_exception& e)
    {
        std::cerr << "Caught " << e.what() << '\n';
    }
}